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                        大跨度鐵路連續梁拱組合橋梁設計

                        添加時間:2020/07/14 來源:未知 作者:admin
                        本設計主梁采用預應力混凝土結構,主拱采用鋼管混凝土。主梁為變截面箱形梁。本文主要闡述了該橋的設計和計算過程。
                        以下為本篇論文正文:

                        中文摘要

                          本次設計的題目是大跨度鐵路連續梁拱組合橋梁設計(90+180+90m)。

                          本設計主梁采用預應力混凝土結構,主拱采用鋼管混凝土。主梁為變截面箱形梁。本文主要闡述了該橋的設計和計算過程。首先進行橋型方案比選,對主橋進行總體結構設計,然后結構進行內力、預應力筋計算,再進行強度、應力及變形驗算。具體包括以下幾個部分:  橋型方案比選, 橋型布置,結構各部分尺寸擬定, 選取計算簡圖, 恒載內力計算, 活載內力計算,  荷載組合, 預應力筋計算, 預應力損失計算, 截面強度驗算, 截面應力及變形驗算。

                          關鍵詞:預應力混凝土,連續梁拱組合橋,變截面箱形梁

                        連續梁拱組合橋梁設計

                        Abstract

                          The Design of long span girder-arch combination railway bridge (90+180+90m)  is finished  in this paper.

                          The super structure of this bridge is prestressed.The arch section is steel tube filled with concrete.

                          This paper focuses on the design and calculation process of the bridge.First,are compared and the best one is chosed.Second, an general structure design is done.Third, the calculation of the internal force and reinforcing bar of the superstructure is performed. Finally,the strenrth and the defuection are cheeked.

                          The main parts of the design are as the follows,the comparison of several bridge types,the arrangement of the bridge types,the selection of the structutedimensions,the calculation of the internal force of dead load,the calculation of the internal force of movable load,the combination of loads,the arrangement of prestressed tendons,the calculation of the prestressed tendon loss,the check of the section strength,the check of the section stress and deflection.

                          Key words:Prestressed conctete,long span girder-arch combination bridge,Tapered box girder

                        目錄

                          第1章 緒論

                          1.1 概述

                          梁拱組合體系橋是目前發展較快的一種橋型,它是一種經濟、實用、美觀的橋型,在我國某些地區已有一些比較成功的應用實例。連續梁拱組合橋作為一種新型的組合結構,它具有能使拱與梁共同受力特性,既可以充分發揮混凝土拱的優越性,又可避免橋梁墩臺承擔水平推力。其結構外形輕巧,豎向剛度大,因而比較適用于承受較大豎向荷載的大跨度鐵路橋梁。組合橋式結構因具有結構剛度大、動力性能好等優越性,近年來相繼在鐵路橋梁設計中得到應用與研究 .采用預應力混凝土連續梁與鋼管混凝土拱肋組合形成的連續梁拱組合橋,具有較大的豎向剛度和良好的動力性能,特別適合高標準鐵路建設的需要。

                          1.2 連續梁拱組合橋梁的國內外研究現狀

                          從連續剛構按結構體系的發展脈絡來看,經歷了由簡單到復雜的過程,即從簡支梁(板)橋一T形剛構橋一懸臂梁橋和連續梁橋一連續剛構橋。其跨越能力較T型剛構橋和連續梁橋大,已成為主跨120~300m范圍內的首選。1991年葡萄牙建成的主跨跨徑250m的Oporto預應力混凝土鐵路橋居同類橋型的世界首位。1999年挪威建成的Stolma公路橋主跨跨徑達301m,居同類橋型的世界前列,其跨中182 m采用輕質混凝土。2006年中國重慶石板坡長江太橋公路復線橋主跨更是達330m,居同類橋型的世界第一,實現的方案是主跨采用鋼筋混凝土箱梁結構。以上的工程實踐是不改變連續剛構的橋梁形式,除了對混凝土梁段施加強大的預應力以外,某些橋梁還通過降低部分節段的重量來增大主跨跨越能力。如果把連續剛構作為主體橋梁,柔性拱體系看作梁體的加勁部分,這樣演變而成的連續剛構柔性拱組合橋也將是增大跨徑的有效橋梁形式。

                          1.3 畢業設計的目的與意義

                          1.3.1 畢業設計目的

                          畢業設計是高等工科院校本科培養計劃中的最后一個教學環節,是對四年所學知識的總結與運用。

                         。1)運用學過的基礎理論和專業知識,結合工程實際,參考國家有關規范、標準、工程設計圖集及其他參考資料,獨立地完成預應力混凝土連續梁拱橋上部結構的設計;

                         。2)同時初步掌握橋梁設計的步驟、方法,培養分析問題、解決問題的能力,為以后的繼續學習和工作奠定基礎。

                          1.3.2 畢業設計意義

                         。1)在老師的指導下,獨立完成一座三跨雙線預應力混凝土連續梁拱橋上部結構的設計,基本掌握該工程設計的全過程,鞏固已學知識。

                         。2)增強考慮問題、分析問題和解決問題的能力,其實踐性和綜合性無以取代,為以后無論是繼續學習還是參加工作都打下了良好的基礎。

                         。3)由于預應力混凝土連續梁拱橋為超靜定結構,手算工作量較大,且準確性難以保證,所以采用了有限元分析軟件MIDAS進行,這樣不僅提高了效率,而且準確度也得以提高。同時也更加熟練了計算機輔助設計軟件Auto CAD,Excel等的使用。






                          第2章 方案比選
                          2.1  方案比選
                          2.1.1 拱橋方案
                          2.1.2 預應力混凝土連續梁橋
                          2.1.3 連續梁拱組合橋梁
                          2.1.4方案確定
                          2.2 上部結構尺寸擬定
                          2.2.1主梁構造
                          2.2.2拱肋構造

                          第3章 荷載內力計算
                          3.1 內力計算方法
                          3.2 恒載內力計算
                          3.2.1 自重
                          3.2.2 支座沉降
                          3.3 活載內力計算
                          3.3.1 車輛荷載
                          3.3.2 溫度
                          3.4 內力組合

                          第4章 預應力鋼束設計
                          4.1 預應力鋼束的估算
                          4.1.1 計算原理
                          4.1.2 預應力鋼束估算
                          4.2 縱向預應力鋼束的布置
                          4.2.1 縱向預應力鋼束受力特點
                          4.2.2 縱向預應力鋼束布置原則
                          4.2.3 本橋縱向預應力鋼束布置
                          4.3 預應力損失及有效預應力的計算
                          4.3.1 預應力束與管道之間摩擦引起的預應力損失
                          4.3.2 錨具變形、鋼束回縮和接縫壓縮引起的應力損失
                          4.3.3 混凝土彈性壓縮引起的應力損失
                          4.3.4  鋼束松弛引起的應力損失
                          4.3.5混凝土收縮和徐變引起的應力損失
                          4.3.6 有效預應力計算

                          第5章 正截面承載能力計算
                          5.1正截面驗算
                          5.1.1取跨中截面
                          5.1.2.取中支點截面
                          第6章 斜截面抗剪承載力
                          6.1斜截面驗算
                          6.1.1 中支點處
                          6.1.2跨中截面處

                          第7章 截面正應力計算
                          7.1 預加應力、運送及安裝階段結構驗算
                          7.1.1預加應力的過程中
                          7.1.2在傳力錨固時
                          7.1.3在傳力錨固或存梁階段
                          7.2 運營階段結構檢算

                          第8章 梁斜截面主拉應力和主壓應力
                          8.1 計算原理
                          8.2計算結果
                          第9章 吊桿的驗算
                          第10章 拱的驗算

                          10.1 截面強度驗算
                          10.2 代表截面的驗算
                          10.2.1拱跨中截面(拱頂截面)
                          10.2.2拱腳截面
                          第11章 施工方法

                        總結與討論

                          一、畢業設計總結

                          經過近兩個月的努力,我基本完成了畢業設計的各項內容。通過畢業設計,我覺得自己收獲了很多,不僅使所學的知識得到了進一步的鞏固,加強了橫向聯系,而且也學到了很多新的東西,加強了理論與實際的聯系。我認為基本達到畢業設計的目的。

                          在這兩個月的時間里,我始終抱著一種對自己負責的態度認真地對待畢業設計,一面認真地查閱資料,一面仔細地分析計算,遇到不懂的問題,及時向老師和同學請教。由于此前從未接觸到這樣一個完整的設計,在做之前腦海中是一片模糊。怎樣將所學的知識聯系起來應用到設計中,怎樣去查閱有關的規范,都是比較突出的問題。隨著設計的推進,在老師的悉心指導下,在和同學的交流過程中,這些問題都一一得到了解決。

                          首先,對一些基本概念原理有了一定的了解,比如混凝土結構的一些基本概念受力特征、材料力學的截面特性,對設計一座預應力混凝土連續梁橋的基本步驟,主要思路和應該考慮的因素有了一個大致的輪廓;

                          其次,通過畢業設計,我基本掌握了橋梁電算軟件MIDAS6.71的使用,熟練了word、excel、Auto CAD軟件的使用,熟悉了相關規范和資料;

                          再次,畢業設計增強了我獨立分析、解決問題以及與人協作的能力。在這個競爭日益激烈的社會上,個人的努力和與人協作的能力缺一不可,我們要想在社會上立足,必須具備這兩種能力。

                          雖然本次畢業設計與工程實踐結合得并不緊密,但它的確在畢業之際給了我一次鍛煉的機會。當然我們還必須在工程實踐中不斷地學習,增強實際經驗。

                          當然,在設計的過程中,也存在一定的不足,沒有設計經驗,在進行前面的工作時不能有效的預見隨后發生的問題,設計的有些方面還不能滿足實際工程的需要,這些均需在以后的學習和工作中加以提高。

                          總之,通過此次設計,不僅學到了知識,學到了方法,而且懂得了如何將學到的知識運用到實際中去,并發現了自己的不足,這些都為以后的發展奠定了基礎。

                          二、畢業設計討論

                         、傧湫谓孛娴氖芰Ψ治

                          大跨度預應力混凝土連續梁橋多采用箱形截面。箱形截面具有較大的抗扭能力,因而在偏心荷載作用下的整體受力性能也較好。

                          箱梁分析通常將閉合截面上的荷載分解成兩組基本荷載,即對稱荷載與非對稱荷載。在對稱荷載作用下,截面如同受彎的梁一樣,產生縱向彎曲正應力和彎曲剪應力。而在反對稱荷載下,箱梁將產生扭轉。

                          當箱壁較厚、橫隔板較密時,一般可以假設:箱形截面梁在扭轉時截面周邊保持不變形,扭轉就如剛體轉動。

                          但是當箱壁較薄、無橫隔板時,截面就不能滿足周邊不變形的假設。此時,在反對稱荷載作用下,截面不但扭轉而且要發生畸變,從而產生畸變翹曲正應力σdw和剪應力τdw,箱壁上還將引起橫向彎曲應力σdt.由于時間所限,本設計沒有考慮這方面的影響。

                         、谌蝾A應力體系

                          在畢業設計中沒有涉及到非預應力鋼筋的布置問題,很多地方的計算采用簡化公式,對結果的準確性有一定的影響。

                          實際工程設計中,箱梁設計按三向預應力體系計算。豎向預應力和橫向預應力是必須的。豎向預應力鋼筋的布置主要是為了提高截面的抗剪能力。豎向預應力鋼筋主要布置在箱梁截面的腹板內,盡可能沿腹板的中軸布置。豎向預應力鋼筋一般采用高強精軋螺紋粗鋼筋,豎向直線配置。對于梁較寬,頂板翼緣伸臂較長時,必須進行橫向計算,進行橫向預應力筋的布置。橫向預應力一般施加在截面的頂板內或橫隔板內。

                          本次設計未涉及到以上內容。

                         、巯淞旱臋M向分布計算

                          對于連續梁箱形截面,橋跨恒載一般為對稱荷載,而橋跨的活載一般是不對稱的。在計算箱形梁的活載內力時,通常采用增加系數值來計入偏心荷載對截面的內力影響,即荷載的橫向分布系數。關于箱形梁的橫向分布系數的計算目前常用的方法有:(1)經驗系數法;(2)偏心受壓法;(3)偏心受壓修正法;經驗系數法既不考慮結構的尺寸,也不考慮車輛荷載的偏心位置, 可能會帶來不安全的結果。

                          本設計由于是雙線鐵路橋,按兩線同時加載,荷載對稱,取荷載橫向分布系數1.0.

                          當然,從工程實用上分析,考慮了荷載的橫向分布后,按平面分析的正應力較接近空間分析的計算結果,但對剪應力的分析仍然相差很大。對于重要橋梁進行空間的分析是有必要的。

                         、芟淞旱募袅笮

                          對于翼緣較寬的箱形梁,由于翼緣板中的剪切變形導致縱向正應力沿翼緣板寬度方向呈不均勻分布,其間存在傳力的滯后現象,即所謂的"剪滯效應".靠近腹板翼緣板中的正應力大于靠近翼緣中點的正應力,稱之"正剪力滯";反之,謂之"負剪力滯".剪力滯效應可采用解析法或半解析法進行計算。

                          影響剪力滯效應的主要原因有:(1)梁的支承條件;(2)梁的連續狀況;(3)截面的形狀與尺寸;(4)荷載的形式,如集中荷載或分布荷載;(5)截面在梁中所處的位置等。

                          本設計未考慮剪力滯效應的影響。

                         、萜渌纯紤]的因素

                          除以上外,還有不少影響結構內力的項目在設計時也沒有考慮,如風荷載、地震荷載以及結構的動力特性等,這些因素對結構的性能還是具有不小的影響,在實際的橋梁設計中必須考慮。

                          地震力一般不會出現,但是一旦出現,將會給結構帶來毀滅性的破壞。所以,在設計橋梁結構時,必須按照規范規定的抗震設防等級,采取相應的計算和構造措施來避免或減輕地震帶來的災難。

                          結構的動力特性也是必須考慮的因素之一,在周期性外荷載的作用下,結構的位移動力系數和內力動力系數可能很大,給結構帶來意想不到的后果,所以必須采取措施避免共振的發生。

                           參考文獻
                          [1] xx,橋梁工程,人民交通出版社。
                          [2] 王文清,梁拱組合體系橋梁的設計與施工,工程與建設,2007年第21卷第2期
                          [3] xx xx,xx高鐵xx特大橋主橋連續梁拱設計,鐵道勘測與設計2008(5)
                          [4] TB10002.3-2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范
                          [5] 京滬高速鐵路設計暫行規定
                          [6] TB10002.1-2005鐵路橋涵設計基本規范

                        (如您需要查看本篇畢業設計全文,請您聯系客服索。

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